涂装领域的应用 随着国内汽车生产向着大规模、高质量和低成本的方向发展，传统的手工喷油已经无法满足大 多数整车厂车身涂装的要求，同时提高油漆利用率和减少排放是目前设备供应商和油漆材料供应商 的发展方向，因此机器人喷油技术在整车涂装领域的应用越来越广泛。本文论述了油漆喷油装置的 分类及工作原理，并介绍了当前最新的BELL-M静电旋杯+BELL旋杯喷油技术在汽车涂装领域的应 用情况。 上海通用汽车有限公司 李 旭 张 伟 吴 睿 1 油漆喷油装置的分类及工作原理 根据油漆雾化原理，目前常见的油漆喷油装置可 分为空气喷抢和静电喷抢两大类，静电喷抢根据荷电 方式又可分为直接荷电和外部荷电两类。目前使用较 为广泛的空气喷抢有手工空气喷抢，手工高流量、低 压力空气喷抢HVLP；静电喷抢有手工静电喷抢、自 动喷油机气喷抢、外部荷电高速旋杯（主要用于喷油 水性漆）、直接荷电高速旋杯（主要用于喷油溶剂型 漆）等。 空气喷抢的工作原理是通过大流量的雾化空气 把油漆雾化成小液滴，通过调整压缩空气的流量和压 力，控制油漆雾化程度的大小和喷油扇面的形状，以 达到精确控制喷油质量的目的。常用的空气喷抢的喷 嘴结构见图1。 静电喷油装置中的高速旋杯的工作原理是通过压 缩空气驱动高速气电机，进而驱动杯口有齿纹的旋杯 来雾化油漆，同时通过控制旋杯整形空气的压力来调 整漆雾的喷油幅度，防止由于漆雾飞散或往后返而污 染旋杯和导向的电晕电极环。旋杯的结构见图2，不 同旋杯的边缘状态见图3，经旋杯雾化后的油漆液滴 在旋杯边缘的状态见图4。 目前常用的油漆喷油雾化装置见表1。 通过实际应用各类喷油设备，得到不同喷油设备 的上漆效率见表2。 由表2可见，旋杯的上漆效率明显高于空气喷抢 的上漆效率，这也正是驱动设备供应商开发最新静电 旋杯（BELL-M）＋普通静电旋杯（BELL）的色漆 喷油技术的动力之一。 图1 空气喷抢的喷嘴结构 S H O P S O L U T I O N 生产现场 28 汽车工艺与材料 AT&M 2 0 1 0 年第3 期 图2 旋杯结构示意图 （a）网格花纹 （b）齿状花纹 （c）无花纹 图3 不同旋杯的边缘状态 表1 常用的油漆喷油雾化装置 雾化装置制造商类型 气动雾化装置 表2 不同喷油设备的上漆效率 喷油设备上漆效率/% 手工普通空气喷抢30～40 自动喷油机上的空气喷抢40～50 手工高流量、低压力空气喷抢HVLP 50～65 静电空气喷抢45～60 高速旋杯外部荷电65～85 高速旋杯直接荷电70～90 2 BELL-M静电旋杯+ BELL旋杯喷油 技术 2.1 BELL静电旋杯与空气喷抢的雾化效果对比 BELL静电旋杯与空气喷抢的雾化效果对比见 表3。 图4 雾化后的油漆液滴在旋杯边缘的状态 生产现场 2 0 1 0 年第3 期汽车工艺与材料 AT&M 29 S H O P S O L U T I O N 如表3所示，相同的金属漆由于受不同雾化器的 作用而有不同的上漆率，最终造成车身表面涂层中的 金属颗粒的比例也发生了变化，传统空气喷抢喷油的 涂层中的金属片比例明显比BELL静电旋杯的高。因 此在研究BELL静电旋杯和空气喷抢喷油差异的基础 上，喷油设备供应商开发了能模拟空气喷抢、使喷油 的涂层中金属片比例明显比旋杯高的高速 旋杯BELL-M。 2.2 BELL-M静电旋杯的特点及喷油参数 与BELL静电旋杯相比，BELL-M更高 的转速加强了油漆的雾化效果，可以模拟 空气喷抢喷油金属色漆的效果，达到提高 金属漆闪烁效果的目的（见图5）。 在为了模拟空气喷抢的喷油效果而提 高旋杯转速的同时，也提高了油漆液滴的 动能，如果还采用通常的旋杯设计，事必 表3 空气喷抢和BELL静电旋杯的雾化效果比较 油漆在雾化装置中的状态油漆在雾化后未积聚到车身之前油漆在车身表面的排列状态 空气喷抢 金属漆中金属片的质量百分数为 0.7% 60%~70%的油漆过喷，过喷油漆 是不含金属片的小液滴 油漆中金属片的质量百分数为 3.279 0 BELL静电旋杯 金属漆中金属片的质量百分数为 0.7% 10％~20％的油漆过喷油漆中金属片的质量百分数为 1.859 0 图5 金属漆闪烁效果示意图 会降低旋杯的上漆率。因此，在提高BELL-M旋杯转 速的同时，必须要优化旋杯的整形空气，以确保雾化 后的漆滴能被有效地控制在需要的区域，从而保证了 旋杯的上漆率。BELL和BELL-M的推荐喷油参数见 表4。 由表4可见，BELL-M对压缩空气压力的要求 S H O P S O L U T I O N 生产现场 30 汽车工艺与材料 AT&M 2 0 1 0 年第3 期 表4 BELL和BELL- M的推荐喷油参数 旋杯类型 正常喷油时的 转速/r·min-1 喷油流量 /mL·min-1 转速电机控制空气动 态压力（Pa）/消耗 （NL· min-1） 转速电机轴承 空气动态压力 （Pa）/消耗 （NL· min-1） 整形空气 比BELL高约1.0×105 Pa。在实际应用过程中，为 了防止大流量和高压力的压缩空气在短时间内从 雾化器通过而产生冷凝水，通常要加热电机控制 气。由于BELL-M旋杯的转速要比BELL高20 000~ 25 000 r/min，为了更有效地控制油漆喷油扇面， BELL-M的整形空气出口设计采用了双螺旋结构。 2.3 BELL-M静电旋杯+ BELL旋杯喷油金属色漆的 优点 （1）金属色漆的单车油漆直接材料消耗降低约 50%。 （2）由于金属色漆消耗降低，使得油漆过喷所 造成的漆雾处理费用降低；色漆喷房的清洁频次降 低；喷房VOC排放降低。 （3）考虑到BC 2(即喷油第2遍金属漆)的漆雾减 少，可以降低BC 2的喷房内的风速至0.3 m/min，节 约了BC2区40%的风量，同时节约了相关的电能和冷 /热水消耗。 G M 2 0 0 6 年开始在L A N S I N G D E L T A TOWNSHIP 的油漆车间采用BELL-M静电旋杯＋ BELL旋杯色漆喷油技术，取得了明显的节约效果， 其实例分析如下。 产量：500 辆/天。 车身喷油面积：9.5 m2。 金属色漆固体分含量：15%。 第2道色漆的涂膜厚度要求：5~8 μm。 油漆消耗：采用空气喷抢时为904 mL/辆，改用 BELL- M旋杯后为452 mL/辆。 上漆率：采用空气喷抢时为35％，改用BELL -M为70%。 单车节约金属色漆约450 mL，按目前国内金属 色漆75 元/L计算，每年可以节约420万元的直接材料 费用。 2.4 BELL -M静电旋杯＋BELL旋杯喷油技术存在的 主要问题 BELL-M静电旋杯＋BELL旋杯喷油技术是基于 提高油漆利用率的前提而开发的，与旋杯＋空气喷抢 喷油技术相比还有差异，这种差异的直接表现是漆膜 的色差问题。对于溶剂型金属色漆来说，95%左右的 颜色可以很容易地通过调整第1道色漆和第2道色漆的 喷油参数来满足漆膜颜色要求，5%左右的金属色漆 颜色需要对现用的油漆进行调整才能满足原先采用空 气喷抢时的颜色匹配要求；对水性金属色漆而言，需 要进行油漆调整的颜色比例为5%~10%。 目前，除了在油漆材料上作改进，还可以通过优 化喷油参数改善色差问题（见图6）。 2.5 BELL -M静电旋杯＋BELL 旋杯喷油技术的应用 目前，主流汽车整车厂应用BELL- M静电旋杯 图6 通过优化喷油参数改善色差问题示意图 生产现场 2 0 1 0 年第3 期汽车工艺与材料 AT&M 31 S H O P S O L U T I O N 静电喷油面漆出现“黑点”的原因 及解决措施 静电喷油技术具有喷油雾化效果好和喷油质量较高等优点，因而在汽车涂装生产中获得了广泛应 用。通过试验，对静电喷油面漆时出现“黑点”问题的原因进行了分析和排查，并有针对性地采取了 有效措施，较好地解决了这一问题。 长城汽车股份有限公司涂装车间 石志强 上海世邦机器有限公司涂装车间 张 阳 河北某著名民营自主品牌汽车股份有限公司的 新建轿车整车生产线投产于2008年，主导产品为中 高档轿车。在正式投产后，线体喷漆品质点检员发现 在柠檬黄金属漆车体的油箱盖及其附近出现了“黑 点”，一般只在油箱盖附近有1~2处，直径1~2 mm 不等。其他颜色的金属漆也有类似问题，但不太明 显，非专业人员几乎不能发现。由于投产初期的产量 及市场销售量较小，对此未予以足够重视。随着产量 的增加以及该颜色市场份额的扩大，这一问题已经成 为影响产品“直行率”的首要因素，为此，公司召集 了相关的涂料供应商、设备供应商和本公司技术人员 共同进行分析、查找问题根源。 1 原因分析 从以下几方面查找导致静电喷油面漆出现“黑 点”问题的污染源。 （1）较深颜色的金属漆颗粒 因为柠檬黄金属漆本身的遮盖力较差，如果集 中供漆系统换色时清洗不干净就可能会造成污染，加 上油箱盖边角的边缘效应，边角处漆膜较薄，才显现 出“黑点”。但经过涂料供应商、设备供应商和本公 司技术人员多次共同确认，换色后的清洗没有任何问 表5 BELL- M静电旋杯+BELL旋杯喷油技术的应用情况 整车厂100%静电旋杯＋旋杯喷油 3 结束语 BELL- M静电旋杯＋BELL旋杯喷油技术可以提 高油漆的上漆率、节约油漆用量和降低VOC，符合当 前汽车喷油技术的发展趋势。随着设备和工艺的进一 步发展改进，相信目前存在的漆膜色差问题也会得到 彻底解决，因此该技术会得到越来越多的整车厂的关 注和应用。 |
